本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器的孤島檢測(cè)方法，屬于并網(wǎng)逆變器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的保護(hù)與控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)因其設(shè)計(jì)靈活、電能利用形式來源多樣而受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，但也由此帶來了孤島的問題。目前，孤島檢測(cè)主要有基于本地電氣量特征(包括頻率、電壓、諧波、阻抗等)的本地檢測(cè)方法和基于通信技術(shù)的遠(yuǎn)程檢測(cè)兩種方法，基于通信技術(shù)的遠(yuǎn)程檢測(cè)多用于電力公司對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)及配電網(wǎng)電能傳輸運(yùn)行的監(jiān)測(cè)與維護(hù)，也稱電網(wǎng)端檢測(cè)法?，F(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)外各類并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)亦對(duì)各獨(dú)立的并網(wǎng)逆變器提出了諸多并網(wǎng)要求與指標(biāo)。并網(wǎng)逆變器多采用本地檢測(cè)方法，包括了被動(dòng)式孤島檢測(cè)與主動(dòng)式孤島檢測(cè)。被動(dòng)式孤島檢測(cè)法通過檢測(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)中與電網(wǎng)接口處的電壓幅值、頻率、相位等異常來檢測(cè)孤島效應(yīng)，此類方法簡(jiǎn)單，無需添加外部硬件，但檢測(cè)實(shí)時(shí)性差，存在十分明顯的檢測(cè)盲區(qū)；而主動(dòng)式檢測(cè)法利用主動(dòng)式的頻率偏移、功率擾動(dòng)等方法改進(jìn)了被動(dòng)式檢測(cè)法，盲區(qū)有效減小，精確度得到提高，但主動(dòng)檢測(cè)法引入了外部的擾動(dòng)量，增加了檢測(cè)復(fù)雜性的同時(shí)帶來了并網(wǎng)質(zhì)量的下降。目前較新的LCL型濾波結(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器相對(duì)傳統(tǒng)L型以及LC型濾波結(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器來說，其諧波抑制效果有了明顯的改善，對(duì)于LCL型三階濾波結(jié)構(gòu)的諧振尖峰問題也有了較好的解決，其開關(guān)頻率次的諧波能夠符合相關(guān)入網(wǎng)規(guī)范要求，但仍然無法完全消除，無論L型、LC型、LCL型，其開關(guān)頻率次諧波特征都可作為L(zhǎng)CL型逆變器具有的特征存在，同時(shí)，并網(wǎng)電流中以基波為主，采用基波電流來檢測(cè)基頻阻抗是一種較好的方法，不需要外加諧波，但單一的基頻阻抗檢測(cè)存在盲區(qū)，需與其他檢測(cè)配合使用。本發(fā)明基于以上分析，結(jié)合現(xiàn)今研究，為了改善現(xiàn)有孤島檢測(cè)方法的不足，在控制系統(tǒng)中加入針對(duì)基波與開關(guān)頻率特征的阻抗檢測(cè)算法，突破了被動(dòng)孤島檢測(cè)法的弊端，同時(shí)不需外加擾動(dòng)信號(hào)，避免主動(dòng)檢測(cè)法中的擾動(dòng)影響?？焖俚倪\(yùn)算及動(dòng)作保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，具有良好的工程借鑒價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)方法，被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法檢測(cè)實(shí)時(shí)性差，存在十分明顯的檢測(cè)盲區(qū)；主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法引入了外部的擾動(dòng)量，增加了檢測(cè)復(fù)雜性的同時(shí)帶來了并網(wǎng)質(zhì)量的下降等問題，結(jié)合LCL型并網(wǎng)逆變器的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種基頻與開關(guān)頻率次阻抗的孤島檢測(cè)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供的一種基于基頻與開關(guān)頻率次阻抗的孤島檢測(cè)方法，包括如下步驟：步驟一：建立基于基頻與開關(guān)頻率次阻抗的孤島檢測(cè)裝置，包括并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器、低壓電網(wǎng)、本地負(fù)載的公共連接點(diǎn)PCC，低壓電網(wǎng)與公共連接點(diǎn)PCC的接觸開關(guān)，電網(wǎng)端等效阻抗Zgrid，負(fù)載端等效阻抗Zload，低壓電網(wǎng)，DSPTMS320F2808核心控制芯片；步驟二：設(shè)備開機(jī)自檢，檢查外部的并網(wǎng)環(huán)境及直流側(cè)電壓是否都一切正常，若并網(wǎng)條件不正常，則系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)等待；若并網(wǎng)條件正常，則系統(tǒng)進(jìn)行正常的并網(wǎng)工作；步驟三：采樣公共連接點(diǎn)PCC處電壓VPCC與電流Iinv信號(hào)，若此時(shí)已發(fā)現(xiàn)PCC處電壓與電流信號(hào)超出限值，則由被動(dòng)孤島檢測(cè)法，判定出電網(wǎng)故障，直接由DSPTMS320F2808核心控制芯片發(fā)出切除設(shè)備指令，系統(tǒng)無需再進(jìn)行孤島計(jì)算；步驟四：若公共連接點(diǎn)PCC處電壓VPCC與電流Iinv數(shù)據(jù)并未超出限值，顯示在正常范圍，此時(shí)被動(dòng)孤島檢測(cè)法失效，系統(tǒng)將進(jìn)一步利用傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)關(guān)系，由以上兩個(gè)采樣參數(shù)VPCC和Iinv進(jìn)行快速孤島計(jì)算，獲得基波頻率和開關(guān)頻率下的阻抗值；步驟五：判斷基波頻率處阻抗變化率、開關(guān)頻率次阻抗變化率是否超出限值，只要基波頻率處阻抗變化率或開關(guān)頻率次阻抗變化率中有一個(gè)超出限值，則判定孤島發(fā)生，DSPTMS320F2808核心控制芯片立刻輸出并網(wǎng)逆變器繼電器跳變動(dòng)作信號(hào)Srelay給并網(wǎng)逆變器(1)，關(guān)斷其內(nèi)部的繼電器，從公共連接點(diǎn)PCC處切除設(shè)備；若快速阻抗計(jì)算數(shù)據(jù)顯示正常，則電網(wǎng)沒有發(fā)生故障，并網(wǎng)逆變器繼續(xù)正常工作。進(jìn)一步，步驟一中，所述的并網(wǎng)逆變器與低壓電網(wǎng)并聯(lián)，同時(shí)兩者中間并接負(fù)載端等效阻抗Zload，所述并網(wǎng)逆變器、低壓電網(wǎng)、本地負(fù)載的公共連接點(diǎn)為PCC，在PCC和低壓電網(wǎng)之間設(shè)置接觸開關(guān)，用以切換并網(wǎng)模式與孤島模式；DSPTMS320F2808核心控制芯片采樣所述公共連接點(diǎn)PCC處的電壓VPCC與逆變器輸出電流Iinv并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，輸出SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)各橋臂開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷。進(jìn)一步，步驟四中，獲得阻抗值的具體步驟為：記Sinωf1t與Cosωf1t為根據(jù)系統(tǒng)基波頻率由內(nèi)部給定的正余弦數(shù)據(jù)點(diǎn)，Sinωswt與Cosωswt為根據(jù)系統(tǒng)開關(guān)頻率由內(nèi)部給定的正余弦數(shù)據(jù)點(diǎn)，將采樣獲得的公共連接點(diǎn)PCC處的電壓值VPCC以及并網(wǎng)逆變器的輸出電流Iinv分別與Sinωf1t、Cosωf1t、Sinωswt和Cosωswt相乘，并在單位周期內(nèi)求積分，利用傅里葉級(jí)數(shù)中三角函數(shù)的正交特性，通過對(duì)基波頻率次電壓電流值正余弦數(shù)據(jù)求平方和，對(duì)開關(guān)頻率次的電壓電流值正余弦數(shù)據(jù)求平方和，求出單位周期有效值并相除，最終得到基波頻率和開關(guān)頻率下的阻抗值。進(jìn)一步，本發(fā)明所述孤島檢測(cè)方法可以分別檢測(cè)單機(jī)與多機(jī)工作模式下并網(wǎng)逆變器工作狀態(tài)，其中單機(jī)工作模式包括單機(jī)帶阻性負(fù)載、單機(jī)帶阻感性負(fù)載和單機(jī)帶阻容性負(fù)載情況；多機(jī)工作模式包括多臺(tái)并網(wǎng)逆變器工作在相同開關(guān)頻率狀態(tài)、多臺(tái)并網(wǎng)逆變器工作在不同開關(guān)頻率狀態(tài)，以及多臺(tái)逆變器或者負(fù)載的切入與切出狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是：在控制系統(tǒng)中加入針對(duì)基波與開關(guān)頻率特征的阻抗檢測(cè)算法，突破了傳統(tǒng)孤島檢測(cè)法的弊端，直接利用并網(wǎng)逆變器輸出電流中的基波以及開關(guān)頻率次諧波成分，完全不需外部注入擾動(dòng)，有效提高電能質(zhì)量；避免了在頻域內(nèi)計(jì)算阻抗，簡(jiǎn)化了運(yùn)算過程，保護(hù)動(dòng)作快，快速的運(yùn)算及動(dòng)作保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性；同時(shí)可以分別檢測(cè)單級(jí)與多機(jī)模式下的并網(wǎng)逆變器工作狀態(tài)，具有良好的工程借鑒價(jià)值。附圖說明圖1為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器工作與測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)電流的FFT分析例圖；圖3為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器新型阻抗檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)圖；圖4為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器工作及孤島檢測(cè)流程圖。圖中：1-以LCL型濾波結(jié)構(gòu)為例的并網(wǎng)逆變器；2-并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)、本地負(fù)載的公共連接點(diǎn)(PCC)；3-電網(wǎng)與公共連接點(diǎn)(PCC)的接觸開關(guān)；4-電網(wǎng)端等效阻抗；5-負(fù)載端等效阻抗；6-低壓電網(wǎng)；7-DSPTMS320F2808核心控制芯片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步描述。圖1所示為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器工作與測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖，包括并網(wǎng)逆變器1，并網(wǎng)逆變器、低壓電網(wǎng)、本地負(fù)載的公共連接點(diǎn)PCC2，低壓電網(wǎng)與公共連接點(diǎn)PCC的接觸開關(guān)3，電網(wǎng)端等效阻抗4，負(fù)載端等效阻抗5，低壓電網(wǎng)6，DSPTMS320F2808核心控制芯片7。將電網(wǎng)端等效阻抗4等效為Zgrid，負(fù)載端等效阻抗5等效為Zload，系統(tǒng)采樣所述公共連接點(diǎn)PCC2處的電壓VPCC與逆變器輸出電流Iinv，將信號(hào)送至DSPTMS320F2808核心控制芯片7進(jìn)行并網(wǎng)控制的相關(guān)運(yùn)算，輸出SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)各橋臂開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷，同時(shí)由以上兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行快速孤島計(jì)算，判斷基波頻率處阻抗變化率以及開關(guān)頻率次阻抗變化率是否超出閾值，若二者有一個(gè)變化超出閾值，則判定孤島發(fā)生，立刻輸出Srelay信號(hào)給并網(wǎng)逆變器1，關(guān)斷其內(nèi)部的繼電器，從共連接點(diǎn)PCC2處切除設(shè)備。通常情況下的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)(主網(wǎng))系統(tǒng)的容量非常大，內(nèi)部等效阻抗非常小，可視為一個(gè)很大的電壓源，而分布式并網(wǎng)系統(tǒng)容量有限，且網(wǎng)絡(luò)等值阻抗較大；當(dāng)正常工作時(shí)，系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，公共連接點(diǎn)PCC2處阻抗ZPCC相當(dāng)于分布式并網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)，阻抗值低，此時(shí)的公共連接點(diǎn)處阻抗表達(dá)式為：ZPCC|Connecting=ZloadZgridZload+Zgrid---(1)]]>其中，ZPCC|Connecting為系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)公共連接點(diǎn)PCC2處等效阻抗，Zload為本地負(fù)載處阻抗，Zgrid為電網(wǎng)阻抗；在當(dāng)孤島發(fā)生后，主網(wǎng)脫離分布式發(fā)電系統(tǒng)，測(cè)得的ZPCC即為負(fù)載阻抗值，此時(shí)孤島下的阻抗表達(dá)式為：ZPCC|Islanding＝Zload(2)其中，ZPCC|Islanding為孤島時(shí)公共連接點(diǎn)PCC處等效阻抗，Zload為負(fù)載處阻抗。通常情況下負(fù)載阻抗值遠(yuǎn)大于斷網(wǎng)前阻抗，但不論哪種頻率下的阻抗檢測(cè)都存在一定孤島盲區(qū)，導(dǎo)致檢測(cè)失效。傳統(tǒng)的阻抗檢測(cè)法需要外部注入特征次的諧波，來引起公共點(diǎn)電壓的變化，若所選頻率過低，則稍加擾動(dòng)即會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生明顯干擾；若選取頻率過高，則很可能無法保證規(guī)范要求。附圖2為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)電流的FFT分析例圖，由圖2分析可知，不論L型、LC型、LCL型并網(wǎng)逆變器的輸出電流，都會(huì)在開關(guān)頻率處存在一定量的諧波，這類諧波量符合并網(wǎng)規(guī)范要求，但相比除基波以外的其他頻率仍然比例較高，如圖2即為一種開關(guān)頻率為20KHz(400次基波頻率)的并網(wǎng)逆變器輸出逆變電流波形，因而不需要額外向系統(tǒng)注入特征頻率的擾動(dòng)，就可以利用這種具有突出區(qū)別的特征來用于孤島效應(yīng)的檢測(cè)。本發(fā)明直接利用并網(wǎng)逆變器輸出電流中的基波以及開關(guān)頻率次諧波成分，就可以完全不需外部注入擾動(dòng)，阻抗檢測(cè)法可以簡(jiǎn)化很多。定義h次諧波下公共連接點(diǎn)處阻抗為：ZPCC(h)|Islanding＝Zload(h)(3)利用基波信號(hào)檢測(cè)基波頻率下阻抗值，即令h＝f1，則基波頻率阻抗可表示為ZPCC(f1)；利用開關(guān)頻率檢測(cè)h次頻率下公共連接點(diǎn)處阻抗，即令h＝sw，則開關(guān)頻率處阻抗即為ZPCC(sw)。同時(shí)，傳統(tǒng)的阻抗測(cè)量法為了獲取所需的阻抗值，需要進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)。Z(f)=F(U(t))F(I(t))---(4)]]>雖然這種方法可以將各次頻率阻抗全部計(jì)算出來，但需要大量的采樣時(shí)間變換到頻域內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)算過程復(fù)雜，造成保護(hù)動(dòng)作時(shí)間遲緩，影響保護(hù)效果。本發(fā)明的新方法是利用傅里葉級(jí)數(shù)中三角函數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)合開關(guān)頻率處諧波含量，快速有效實(shí)現(xiàn)阻抗計(jì)算。如圖3所示為本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器新型阻抗檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)圖，Sinωf1t與Cosωf1t為根據(jù)系統(tǒng)基波頻率由內(nèi)部給定的正余弦數(shù)據(jù)點(diǎn)，Sinωswt與Cosωswt為根據(jù)系統(tǒng)開關(guān)頻率由內(nèi)部給定的正余弦數(shù)據(jù)點(diǎn)，將采樣獲得的PCC處電壓值VPCC以及逆變器輸出電流Iinv分別與Sinωf1t、Cosωf1t、Sinωswt、Cosωswt相乘，并在單位周期內(nèi)求積分，利用傅里葉級(jí)數(shù)中三角函數(shù)的正交特性，通過對(duì)基波頻率次電壓電流值正余弦數(shù)據(jù)求平方和，對(duì)開關(guān)頻率次的電壓電流值正余弦數(shù)據(jù)求平方和，求出單位周期有效值并相除，最終得到兩種頻率下的阻抗值。由三角函數(shù)在任意單周期內(nèi)的特性：∫tt+Tsinkxcosnxdx=0,(k,n=1,2,3...)]]>∫tt+Tcoskxcosnxdx=0,(k,n=1,2,3...,k≠n)---(5)]]>∫tt+Tsinkxsinnxdx=0,(k,n=1,2,3...,k≠n)]]>式中，t為任意時(shí)刻點(diǎn)，T為基波頻率下周期值，k，n為任意次諧波次數(shù)。因此，可以進(jìn)一步寫出開關(guān)頻率處阻抗表達(dá)式：ZPCC(fl)(t)=Vfl(t)Ifl(t)=(∫t0t0+Tv(ωhτ)·sin(ω1τ)dτ)2+(∫t0t0+Tv(ωhτ)·cos(ω1τ)dτ)2(∫t0t0+Ti(ωhτ)·sin(ω1τ)dτ)2+(∫t0t0+Ti(ωhτ)·cos(ω1τ)dτ)2ZPCC(sw)(t)=Vsw(t)Isw(t)=(∫t0t0+Tv(ωhτ)·sin(ωswτ)dτ)2+(∫t0t0+Tv(ωhτ)·cos(ωswτ)dτ)2(∫t0t0+Ti(ωhτ)·sin(ωswτ)dτ)2+(∫t0t0+Ti(ωhτ)·cos(ωswτ)dτ)2---(6)]]>式中，ZPCC(f1)(t)為時(shí)域內(nèi)公共連接點(diǎn)基波頻率處阻抗的計(jì)算值，ZPCC(sw)(t)為時(shí)域內(nèi)公共連接點(diǎn)開關(guān)頻率處阻抗的計(jì)算值，Vf1(t)為基波頻率處電壓的有效值，If1(t)為基波頻率處電流的有效值，Vsw(t)為開關(guān)頻率處電壓的有效值，Isw(t)為開關(guān)頻率處電流的有效值。只要通過時(shí)域內(nèi)，將采樣獲得的電壓電流信號(hào)與根據(jù)實(shí)際并網(wǎng)逆變器基波及開關(guān)頻率所生成的正余弦參考值進(jìn)行計(jì)算，即可直接獲得基波與開關(guān)頻率處的阻抗值，并求出新的周期下阻抗變化率。根據(jù)并網(wǎng)逆變器實(shí)際參數(shù)設(shè)置合適的動(dòng)作限值，當(dāng)所計(jì)算得出的阻抗變化率超出安全范圍后，控制系統(tǒng)輸出動(dòng)作信號(hào)，控制繼電器動(dòng)作，切除并網(wǎng)設(shè)備，保護(hù)相關(guān)用電設(shè)備及人員安全。如圖4所示，為本發(fā)明并網(wǎng)逆變器工作及孤島檢測(cè)流程圖，首先系統(tǒng)待機(jī)自檢測(cè)，檢查外部的并網(wǎng)環(huán)境及直流側(cè)電壓是否都一切正常，待檢測(cè)完畢后系統(tǒng)先進(jìn)行正常的并網(wǎng)工作，此時(shí)采樣PCC處電壓與電流數(shù)據(jù)，若此時(shí)已發(fā)現(xiàn)其電壓、電流信號(hào)已超出正常參數(shù)范圍，則由被動(dòng)孤島檢測(cè)法，判定出電網(wǎng)故障，直接由DSP發(fā)出切除設(shè)備指令，系統(tǒng)無需再進(jìn)行孤島計(jì)算；若PCC處電壓與電流數(shù)據(jù)并未超出閾值，顯示在正常范圍，此時(shí)被動(dòng)孤島檢測(cè)法失效，系統(tǒng)進(jìn)一步將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送至DSP進(jìn)行快速阻抗計(jì)算，判定其兩種特征阻抗及變化率是否超出閾值，若其中有任意一個(gè)超出閾值，則可判定電網(wǎng)故障，DSP發(fā)出指令，讓繼電器動(dòng)作切除設(shè)備，若快速阻抗計(jì)算數(shù)據(jù)顯示正常，則可知電網(wǎng)沒有發(fā)生故障，并網(wǎng)設(shè)備繼續(xù)正常工作。為了驗(yàn)證所述方法的理論正確性與各種情況下的檢測(cè)效果，分別測(cè)試單機(jī)與多機(jī)工作模式下并網(wǎng)逆變器工作狀態(tài)，其中單機(jī)工作包括單機(jī)帶阻性負(fù)載、單機(jī)帶阻感性負(fù)載、單機(jī)帶阻容性負(fù)載等情況；多機(jī)工作包括多臺(tái)并網(wǎng)逆變器工作在相同開關(guān)頻率狀態(tài)、多臺(tái)并網(wǎng)逆變器工作在不同開關(guān)頻率狀態(tài)，以及多臺(tái)逆變器或者負(fù)載的切入與切出狀態(tài)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3